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                    <h4>协程</h4>
                    <div class="x-wiki-info"><span>577次阅读</span></div>
                    <hr style="border-top-color:#ccc" />
                    <div class="x-wiki-content x-content"><p>协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。</p>
<p>协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。</p>
<p>子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。</p>
<p>所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。</p>
<p>子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。</p>
<p>协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。</p>
<p>注意，在一个子程序中中断，去执行其他子程序，不是函数调用，有点类似CPU的中断。比如子程序A、B：</p>
<pre><code>def A():
    print &#39;1&#39;
    print &#39;2&#39;
    print &#39;3&#39;

def B():
    print &#39;x&#39;
    print &#39;y&#39;
    print &#39;z&#39;
</code></pre><p>假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是：</p>
<pre><code>1
2
x
y
3
z
</code></pre><p>但是在A中是没有调用B的，所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些。</p>
<p>看起来A、B的执行有点像多线程，但协程的特点在于是一个线程执行，那和多线程比，协程有何优势？</p>
<p>最大的优势就是协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。</p>
<p>第二大优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。</p>
<p>因为协程是一个线程执行，那怎么利用多核CPU呢？最简单的方法是多进程+协程，既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，可获得极高的性能。</p>
<p>Python对协程的支持还非常有限，用在generator中的yield可以一定程度上实现协程。虽然支持不完全，但已经可以发挥相当大的威力了。</p>
<p>来看例子：</p>
<p>传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息，一个线程取消息，通过锁机制控制队列和等待，但一不小心就可能死锁。</p>
<p>如果改用协程，生产者生产消息后，直接通过yield跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换回生产者继续生产，效率极高：</p>
<pre><code>import time

def consumer():
    r = &#39;&#39;
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print(&#39;[CONSUMER] Consuming %s...&#39; % n)
        time.sleep(1)
        r = &#39;200 OK&#39;

def produce(c):
    c.next()
    n = 0
    while n &lt; 5:
        n = n + 1
        print(&#39;[PRODUCER] Producing %s...&#39; % n)
        r = c.send(n)
        print(&#39;[PRODUCER] Consumer return: %s&#39; % r)
    c.close()

if __name__==&#39;__main__&#39;:
    c = consumer()
    produce(c)
</code></pre><p>执行结果：</p>
<pre><code>[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
</code></pre><p>注意到consumer函数是一个generator（生成器），把一个consumer传入produce后：</p>
<ol>
<li><p>首先调用c.next()启动生成器；</p>
</li>
<li><p>然后，一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行；</p>
</li>
<li><p>consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回；</p>
</li>
<li><p>produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息；</p>
</li>
<li><p>produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束。</p>
</li>
</ol>
<p>整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。</p>
<p>最后套用Donald Knuth的一句话总结协程的特点：</p>
<p>“子程序就是协程的一种特例。”</p>
</div>

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